植物组织器官培养生产代谢产物
植物组织培养的六大步骤
植物组织培养的六大步骤植物组织培养是指通过体外不断培养植物细胞、组织和器官，以研究其发育过程和生物学特性，也包括人工繁殖植物和生产植物次生代谢产物。
在植物组织培养的过程中，需要进行一系列的步骤，下面将详细介绍植物组织培养的六大步骤。
第一步：选择适宜的材料植物组织培养需要选取适宜的材料作为起始材料，这通常是从植物体中选择健康、无病虫害并具有较高再生能力的组织部分，如茎、叶片、种子等。
同时，还应注意选择具有较高再生能力的植物品种或种质资源，以提高培养成功率。
第二步：消毒处理为了减少外界微生物的污染，必须对选取的材料进行消毒处理。
常用的消毒方法有酒精消毒、双氧水消毒、高温高压消毒等。
消毒后的材料在无菌操作下移到无菌培养室，准备进行下一步的操作。
第三步：组织分离和培养经过消毒处理的材料，可以通过组织分离的方法来获得组织的单个细胞或小块组织。
常用的组织分离方法有切割法、振荡法、酶解法等。
分离得到的组织或细胞可以直接进行培养，也可以在培养基中添加适当的生长调节剂，以促进组织的增殖和分化。
第四步：培养基的选择和配置培养基是植物组织培养中重要的因素之一，它为植物细胞提供养分和生长因子，同时调控其生长和分化。
培养基通常由无机盐、有机物质、糖类、维生素、生长调节剂等组成。
根据需要，培养基可以分为基础培养基和不同类型的专用培养基。
基础培养基通常为MS培养基或白培养基，而专用培养基则针对不同的组织和目的进行调配。
第五步：培养条件的调控和优化在植物组织培养的过程中，培养条件的调控和优化对细胞和组织的生长和分化起着至关重要的作用。
光照、温度、湿度、pH值以及培养物的搅拌等因素都需要合理控制和调节。
此外，根据不同类型的组织和目的，还需要添加适量的生长调节剂、抗生素和其他辅助因子。
第六步：再生植株的分离和繁殖最后一步是将培养的组织或细胞分离出来，得到再生植株。
这需要将培养物转移到含有较稀释生长因子的培养基上，以便干扰物的去除和适度延长培养时间。
植物组织细胞培养技术生产此生代谢产物
植物组织细胞培养技术生产次生代谢产物的应用摘要：植物组织细胞培养是现代生物技术应用最重要的一个方面，它是一个应用广泛和快速发展的技术。
植物组织细胞培养技术已应用于植物次生代谢产物的生产，并取得很大成效。
本文讲述组织细胞培养技术在药物、食品、化妆品等方面的次生代谢产物生产的一些应用，以及总结了现在主要植物组织培养技术、植物组织培养技术在实践中的应用。
关键词：次生代谢产物细胞培养代谢产物植物的次生代谢产生的活性物质成分已被人类广泛应用，主要集中在研究制药(如如抗癌药物紫杉醇、疗伤药物紫草宁、保健药物人参皂甙等)、食品添加剂(如生姜、香子兰等)、调味剂(如胡椒、留兰香等)、食用色素(如花青素等)、油料(如如豆寇油、春黄菊油等)、饮料(如咖啡、可可等)、树胶(如阿拉伯胶等)、化妆品、生物杀虫剂和农用化学品等方面。
尽管有些植物次生代谢物质并不是很多，但它们与人类健康密切相关，已成为当前生物领域研究关注的重点。
因此许多植物代谢产物以组织细胞培养技术的方法开发利用，进行大规模生产，使植物次生代谢物质产量和活性提高。
1 植物组织培养技术在实践中的应用[1]21世纪是生物技术迅速发展的世纪，而植物组织培养技术是生物技术中的重要内容，可以用于：植物育种已被越来越广泛的用于扦插难生根植物、引种材料少的植物。
除常规的用器官进行培养，也可以用花药进行花粉单倍体植株育种，这种方法技术简单，对一些植物种来说易于诱导未成熟花粉的分裂，可以进行大群体研究，可以迅速而大量的产生单倍体，具有迅速纯合、选择效率高、排除杂种优势干扰、突变体筛选、消除致死基因等优点。
用于脱毒和离体快繁获得脱除病毒的材料和用于植物材料快速繁殖这方面是目前植物细胞组织培养应用最多最有效的一方面. 世界上受病毒危害的植物很多，而园艺植物受病毒危害更为严重，当植物被病毒侵染后，常常造成生长迟缓、品质变劣、产量大幅度降低等危害，目前，已经在马铃薯、甘薯、草莓、大蒜、苹果、香蕉等多种作物上大规模应用;离体培养的优点就是快速，而且材料来源单一，遗传背景一致，不受季节和地区的限制，重复性好，所以离体快速繁殖已经广泛应用于果树，中药材等的栽培。
植物的组织培养原理
植物的组织培养原理植物组织培养是一种体外培养植物组织、器官和细胞的技术方法，它可以实现对植物的快速繁殖、遗传改良和次生代谢产物的大规模生产。
植物组织培养的基本原理是利用植物胚胎、幼体、组织或细胞在体外地条件下生存和生长的能力，通过提供适当的培养基和生长条件，促进其不定分裂和分化，从而实现组织或细胞的增殖和发育。
植物组织培养的关键环节包括组织获取、表面消毒、培养基配制、组织定植、培养和生长、再生和壮苗培养等。
首先，需要从植物体中获取所需的组织、器官或细胞。
通常情况下，可以采用幼体、胚胎、种子、茎、叶片等组织作为起始材料。
不同植物材料的获取方法有所不同，常用的方法包括子叶分离法、胚轴分离法、茎尖分离法和愈伤组织分离法等。
接下来，需要进行对组织的表面消毒处理，以杀灭外源性的细菌、真菌和病毒等微生物，以防止其对培养过程的干扰。
一般常用的消毒剂包括酒精、漂白粉和过氧化氢等。
然后，需要配制适宜的培养基。
培养基是模拟植物生长所需的养分、激素和适宜环境的一种营养物质。
它通常包括基础培养基、有机添加剂和生长调节剂等。
基础培养基通常由含有氮、磷和钾等的无机盐和碳源组成，有机添加剂如维生素和氨基酸可以提供植物生长所需的微量元素和有机物质，生长调节剂如植物激素则可以促进分裂、分化和再生等过程。
接下来，将经过消毒处理的组织、器官或细胞定植到已经配制好的培养基上，并提供适宜的光照和温度等生长条件。
通过适当的培养基和生长条件的调控，可以促进组织的增殖和生长。
然后，经过一段时间的培养，组织开始分化和再生。
在组织分化阶段，细胞会发生分化和特化，形成不同类型的组织和器官。
在再生阶段，组织和器官通过形成新的分生组织和器官来实现自我修复和再生。
最后，经过一系列的培养和生长操作，可以得到健康的幼苗。
幼苗的壮苗培养则包括幼苗的营养供应、疾病防治和适宜环境的提供等，以保障幼苗的生长和发育。
总的来说，植物组织培养通过提供适宜的培养基和生长条件，促进植物组织和细胞的增殖、分化和再生，实现对植物的快速繁殖和遗传改良。
【生物技术】第五讲(3)植物代谢产物的生产
2 植物细胞规模化培养体系的建立 2.1 种子细胞的选择
(1)准确选择能产生目的化合物的植物种类; )准确选择能产生目的化合物的植物种类; (2)尽量选择自然状态下产生天然产物的组织器官 ) 为外植体; 为外植体; (3)高产种子细胞克隆的方法:单细胞培养后, (3)高产种子细胞克隆的方法:单细胞培养后,将 高产种子细胞克隆的方法 单细胞扩增形成的愈伤组织分2份 单细胞扩增形成的愈伤组织分 份,1份成分含 份成分含 量分析, 份保留培养. 量分析,另1份保留培养. 份保留培养
长春花碱 治疗白血病 奎宁 致热素 毛地黄 治疗疟疾 杀虫剂 心脏病药
植物细胞大规模培养的技术要求: 植物细胞大规模培养的技术要求:
从工程的角度讲必须要进一步研究和开 发适宜于植物细胞生长和次生代谢产物生产 的生物反应器,建立最佳的控制和调节系统. 的生物反应器,建立最佳的控制和调节系统.
从细胞生长与培养技术方面讲必须满
4 利用细胞培养生产有用物质
4.1 利用细胞培养生产有用物质的一般程序 4.1 (1)选材 应注意以下条件: 应注意以下条件: 药效肯定; ①药效肯定; 对其有效成分有充分的了解; ②对其有效成分有充分的了解; 有测定有效成分和药理的可靠方法; ③有测定有效成分和药理的可靠方法; 市场短缺或价格昂贵; ④市场短缺或价格昂贵; 取有药效成分的部位, ⑤取有药效成分的部位,且该部位较 易形成愈伤组织. 易形成愈伤组织.
筛选出的高效, 高产细胞株系, 筛选出的高效 , 高产细胞株系 , 有 的植物细胞系其高效, 的植物细胞系其高效 , 高产性能稳定 多年, 但有的植物细胞系不稳定, 多年 , 但有的植物细胞系不稳定 , 因 此 , 还需要定期检测 , 更新细胞株系 . 还需要定期检测, 更新细胞株系.
植物组织培养在现代农业中的具体应用
三、植物新品种培育
3、细胞融合 通过原生质的融合可部分客服有性杂交不亲和，从而获得体细
胞杂种，创造新物种或优良品种。
三、植物新品种培育
4、选择细胞突变体 离体培养过程中会发生变异，从中可以筛选出对人们有用的突
变体，进而育成新品种。
四、生产植物次生代谢物
利用植物组培技术生产一些价格高、产量低、需求量大的次 生代谢产物，其具有一些特定的功能，对人类有重要的影响和作用。
五、植物种质资源离体保存
1、常规的植物种植资源保存方法耗资巨大，种 质资源流失的情况时有发生。
2、通过抑制生长或超低温贮存的方法离体保存 植物种质资源，可节约大量的人力、物力和财 力，还可挽救那些濒危物种。
3、离体保存还可避免病虫害侵染和外界不利气 候及栽培因素的影响，可长期保存，有利于种 质资源材料的远距离交换。
江西野生金线莲
六、人工种子
1、人工种子是利用人工种皮包被植物组织培养中得到的体细胞胚。 2、人工种子可为某些珍稀物种的繁殖、转基因植物、自交不亲和植物、远缘 杂种的繁殖提供有效的手段。
任务二 植物组织培养在农业 生产中应用
目录
01
植物离体快速繁殖
02
植物种苗脱毒
03
植物新品种培育
04
植物次生代谢物生产
05
Hale Waihona Puke 植物种植资源保存06人工种子
一、植物离体快速繁殖
1、植物快繁是植物组织培养在生 产中应用最广泛，产生较大经济效 益的一项技术。
2、植物快繁具有不受季节和气候 等条件限制、可周年生产、生长周 期短、繁殖速度快、种苗整齐一致 等优点。
4、植物组培种苗脱毒广泛应用于花卉、果树、 蔬菜、苗木等植物。
植物组织器官培养生产代谢产物
植物组织器官培养生产代谢产物
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在通常状态下, Ri质粒上Vir区基因处于抑制 状态, 当发根农杆菌感染寄主植物时, 受损伤 植物细胞合成低分子苯酚化合物乙酰丁香 酮使Vir区处于抑制状态基因被激活, 产生一 系列限制性核酸内切酶, 在酶切割作用下产 生T-DNA链, T-DNA进入植物细胞核内, 整合进 植物细胞基因组。其整合和表示结果造成 了大量毛状根产生。
植物组织器官培养生产代谢产物
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冠瘿组织形成
与根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）上 Ti质粒相关。Ti质粒上也有一段特殊T-DNA, 编码细胞分裂素合成酶基因ipt(trnsr)以及生长 素合成酶基因 iaaM(trns1)、iaaH(trns2)。
植物组织器官培养生产代谢产物
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三 毛状根培养生产药用次级代谢产物 讨论分析
植物组织器官培养生产代谢产物
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1.长春花碱毛状根培养制备
长春花（Catharanthus roseus (L.) Don）: 夹竹桃科长春花属。
长春花姿态优美, 花期长, 适合布置花坛、花 境, 也可作盆栽观赏。还是一个防治癌症药 源植物。长春花中含55种生物碱。其中长春碱 和长春新碱对治疗绒癌等恶性神瘤、淋巴肉瘤 及儿童急性白血病等都有一定疗效（长春新碱 抗癌比长春碱高强）。
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2.雪莲花毛状根培养制备黄酮
植物细胞培养技术和次级代谢产物的生产
植物细胞培养技术和次级代谢产物的生产一、实验目的与要求1、掌握植物组织培养基的配置、快速繁殖技术、植物脱毒技术；2、掌握悬浮培养技术的原理、培养方法及应用；3、了解利用细胞培养生产有用物质的一般程序及技术因素；4、设计以植物细胞次级代谢产物作为目标代谢产物的分离纯化。
二、实验原理植物细胞培养是将离体的植物器官、组织或细胞，置于液体培养基中进行震荡培养，在培养了一段时间后，会通过细胞分裂，形成愈伤组织。
根据培养对象，植物细胞培养主要有单细胞培养，单倍体培养，原生质体培养等。
按照培养系统可分为悬浮培养、液体培养、固体培养、固定化培养等。
由高度分化的植物器官、组织或细胞产生愈伤组织的过程，称为植物细胞的脱分化，或者叫做去分化。
脱分化产生的愈伤组织继续进行培养，又可以重新分化成根或芽等器官，这个过程叫做再分化。
再分化形成的试管苗，移栽到地里，可以发育成完整的植物体。
依据的原理是植物细胞的全能性。
植物组织在培养生长的过程中，随着新城代谢的进行，长生很多种初级代谢产物和次级代谢产物。
三、实验材料、主要仪器和试剂1．实验材料从菜市场购买的新鲜的大白菜。
2．仪器（1）锥形瓶（2）量筒（3）移液管（4）小刀（5）烧杯（6）高压灭菌锅（7）摇床等。
3．试剂（1）70%-75%酒精（2）无菌水（3）2-5%次氯酸钠4.MS培养基四、实验步骤1. 外植体的选择和准备我们这次试验所用的植物是大白菜，我组选用了大白菜的劲。
将新鲜的白菜劲用小刀切成长1厘米、宽0.5厘米左右的小块，叶片切割成0.5×1.0cm。
2. 外植体的灭菌消毒原则是既彻底消灭外植体表面的微生物，又要保持外植体的正常活力。
消毒方法：首先70-75%酒精，30秒，表面杀菌→无菌水洗2-3次→2-5%次氯酸钠10-15分→无菌水洗3-5次，待用。
2. 培养基的配制和灭菌将配置好的各种溶液，按比例混合，取150毫升装入500毫升的锥形瓶里，用八成纱布将瓶口封好。
细胞工程资料复习
生物工程复习第一讲一、模块：动植物人工繁殖技术、新品种培育技术、生物制品技术、干细胞与组织工程。
二、细胞工程（Cell engineering）是指主要以细胞为对象，应用生命科学理论，借助工程学原理与技术，有目的地利用或改造生物遗传性状，以获得特定的细胞、组织产品或新型物种的一门综合性科学技术。
三、研究对象：动植物细胞（原生质体），也包括细胞器、染色体、细胞核、胚胎。
四、细胞工程研究内容：a)动植物快速繁殖：植物组织培养、人工种子、试管动物、克隆动物等。
b)细胞重组与新品种培育：细胞水平上的原生质体诱变、细胞融合技术；细胞器水平上的细胞重组；染色体水平上的多倍体、单倍体育种等。
c)细胞工程生物制品：：以杂交瘤细胞培养大量制备单克隆抗体、动物细胞培养生产疫苗、转基因动植物生物反应器等。
d)细胞疗法与组织修复：利用培养的细胞或者离体再造的组织修复受损细胞、组织或器官的技术，属于细胞工程最新发展领域之一。
植物人工繁殖一、1.植物组织培养的理论基础是什么？a)细胞全能性。
二、2.植物经组织培养的再生途径有哪两种？a)器官发生途径：成熟细胞→愈伤组织→出根出芽→完整植株。
b)体细胞胚发生途径：成熟细胞→分生细胞→胚状体→完整植株。
c)概念：•体细胞胚（Somatic embryo）又叫胚状体，是指离体培养条件下没有经过受精过程而形成的胚胎类似物。
体细胞胚发生途径：是指体细胞在离体培养过程中经过了胚胎发育过程。
体细胞胚起源于非合子细胞，因此不同于合子胚。
三、3.激素在细胞分化中是如何调节器官分化？a)生长素主要用来刺激细胞分裂和诱导根的分化。
b)分裂素的生理作用主要是诱导芽的分化促进侧芽萌发生长、促进细胞分裂与扩大。
多用于诱导不定芽的分化和茎、苗的增殖，而在生根培养时使用较少或用量较低。
c)四、1。
细胞全能性、细胞分化与脱分化a)细胞全能性(totipotency)：是指分化细胞保留着全部的核基因组，具有生物个体生长、发育所需要的全部遗传信息，具有发育成完整个体的潜能。
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分裂形成愈伤组织，在无激素培养基上可产生毛 状根。
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3.毛状根培养优点
由Ri质粒转化的毛状根生长快、激素自养型、生 长周期短，在培养时不需要添加外源激素，易于 培养。
细胞分化程度的提高与次生代谢产物含量
有一定的相关性。例如：
许多植物次生代谢产物的合成与叶绿体的
分化有关。 可编辑版
3
2.细胞聚集和组织水平上的分化
在聚集的细胞团块中，位于表面和中央的 细胞处于不同的分化状态，从而常表现出 与游离细胞不同的次生代谢能力。 例如：小果咖啡培养物中嘌呤环生物碱的 合成取决于细胞团块的大小。因此，固定 化培养利于提高可编辑生版 产次生代谢产物含量4 。
3.器官水平上的分化
有些植物的某种次生代谢产物在某个器官中含量 较高，在悬浮培养细胞中含量较低或没有。
例如：柴胡根中含有效成分柴胡皂苷，其愈伤组 织一般不能合成这类化合物。
有些植物的培养物在合成次级代谢产物时要求有 芽的形成。
例如：长春花的脱分化培养细胞中很难获得具有
抗癌活性的长春花碱，而在培养的长春花簇芽中
一些植物的次级代谢产物在根里大量合成 ，但是正常根的培养非常困难，生长缓慢 ，收获困难。
毛状根(hairy roots)是发根农杆菌（ Agrobacterium rhizogenes）感染双子叶 植物后，形成的类似头发一样的根组织。
许多植物的毛状根在离体培养条件下表现
出次生代谢产物的合成能力，产物产量较
能测定出长春花碱。
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大多数植物次级代谢产物与细胞分化有关。
离体培养的植物细胞存在不稳定、目标产物含量 低、需要激素等不足。
因此，分化程度较高、遗传更稳定的植物组织器 官培养在有价值次级代谢产物生产上展现了应用 潜力。
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二 植物组织器官培养 生产次级代谢产物
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（一）毛状根培养生产次级代谢产物
源于新疆雪莲根段外植体的毛状根系。其20d的
生长速率可达到鲜重接种量的24倍。其中黄酮含
量是野生雪莲根的8.6倍，是野生雪莲叶片的2.9
倍。
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生物碱类(alkaloids)：孙敏等以长春花
(Catharanthus roseus)无菌苗叶片为外植体诱导 毛状根，其中长春碱含量是原植物根和叶中含量 的27.4倍和23.5倍。长春新碱的含量是原植物根 是23.5倍。
继代培养，转化的植物细胞产生愈伤组织，并可
产生毛状根。
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（2）茎杆接种法
无菌植株生长到一定时候，将植株的茎尖、叶片 切去，剩下茎杆和根部，在茎杆上划出伤口，将 带Ri质粒的发根农杆菌接种在伤口处和茎的顶部 切口处，经过一段时间培养，在接种部位产生毛 状根。
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（3）原生质体—农杆菌共培养法
第8讲 植物组织器官培养 制备代谢产物
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1
一 本节主要内容 毛状根培养制备次级代谢产物
二 本节关键问题 1.毛状根的诱导机制与方法、应用 2.毛状根培养制备次级代谢产物的影响因素
3.植物组织器官、细胞培养制备次级代谢产物的 各自优缺点
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2
一 分化与次级代谢产物关系
1 1.细胞分化与次生代谢产物
inducing)质粒（约250kb的大质粒））,
是位于发根农杆菌染色体之外的独立的
双链环状DNA。具有2个主要的功能区：
T-DNA区(Transferred DNA region，
转移区)和Vir区(Virulanee region，
致病区)。
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在通常状态下，Ri质粒上Vir区的基因处于抑制 状态，当发根农杆菌感染寄主植物时，受损伤 的植物细胞合成的低分子苯酚化合物乙酰丁香 酮使Vir区处于抑制状态的基因被激活，产生一 系列限制性核酸内切酶，在酶的切割作用下产 生T-DNA链，T-DNA进入植物细胞核内，整合进 植物细胞的基因组。其整合和表达的结果导致 了大量毛状根的产生。
T-DNA上有生长素合成基因tms 1和tms 2，指导
IAA(吲哚乙酸)的合成，因此转化产生的毛状根
，在培养时不需要添加外源生长激素，为激素
自养型。
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2.毛状根诱导方法 （1）外植体接种法
取植物的叶片、茎段、叶柄等无菌外植体，与发 根农杆菌共同培养2～3 天，将植物的外植体移到
含有抗生素的选择培养基上进行培养，经过多次
冠瘿组织（Crown gall tissue）是由根癌农杆菌
蒽醌类(anthraquinones):对何首乌(Polygonium multiflorum Thunb)的研究表明：以再生植株的 叶柄、茎段和叶片为外植体可诱导毛状根，毛状 根中大黄酸的含量为2.49μg/L(干重)。是无菌幼 苗的2.85倍。
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皂苷类(saponins)：对人参的研究表明：以无菌 苗带叶幼茎为外植体诱导的毛状根中人参总皂苷 含量为2.486％(干重)。高于原药材总皂苷含量 1.403％(干重)。
苯丙素类( 类(phenyIpropanoids)：雪莲毛状根中丁 香苷和高车前素的含量分别约是野生植株的40倍 和3倍。
萜类(terpenoids)：对短叶红豆杉的研究表明： 以无菌苗的芽为外植体可诱导出毛状根。毛状根 中紫杉醇的含量为可愈编辑版伤组织的1.3--8 8.0 0倍。17
（二）冠瘿组织培养生产次级代谢产物
正常植物及悬浮培养可细编辑胞版 的要高。
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1.毛状根产生机制
发根农杆菌 (Agrobacterium rhizogenes)是一种革兰氏阴性菌，能 侵染大多数的双子叶植物、少数单子叶 植物及个别的裸子植物，诱发被感染植 物的受伤部位长出毛状根。
发根农杆菌具有致根性，是因为它具有 能诱导毛状根产生的Ri(Root
毛状根分化程度高，产生次级代谢产物能力强， 合成较为稳定，能大量合成某些悬浮培养的细胞 不能或者很少合成的次级代谢产物。
通过T-DNA改造，易于采用基因工程途径提高次级 代谢产物产量。
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Hale Waihona Puke 4.毛状根在药用次生代谢产物中的应用
毛状根应用于药用植物次生代谢产物的生产已有 近30年的历史。
黄酮类(flavonoids)：付春祥等的研究表明。来